最新环境材料学期末复习题及参考答案

最新环境材料学期末复习题及参考答案第一章绪论1、专业词汇：最新环境材料学期末复习题及参考答案材料流Materials Flow物质流Mass Flow生命周期评价Life Cycle Assessment/LCA 目标与范围确定goal and scope definition 清单分析inventory analysis影响评价impact assessment结果解释life cycle interpretation生态设计Eco-design/ED清洁生产Zero Waste Processing2、最新环境材料学期末复习题及参考答案（1）定义：生态环境材料是一种具有与环境协调的特殊功能材料，是指在设计、制造、加工、使用以及再生过程中均考虑到资源、环境、生态等因素，具有最低环境负荷、最大使用功能、或者是能够改善环境的人类所需材料.既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料.（2）特点：•先进性：能为人类开拓更广阔的活动范围和环境，发挥其优异性能.在发展新材料、新技术体系时，既要考虑到技术环境负担的大小，材料本身对环境的污染程度，又要顾及材料使用时的传统性能（材料的先进性），在要求优异的使用性能这一点上，新材料与传统材料是相同的.•环境协调性（优先争取的目标）：使人类的活动范围同外部环境协调，减轻地球环境的负担，使枯竭性资源完全循环利用.在材料的生产环节中资源和能源的消耗少，工艺流程中采用减少温室效应气体的技术，废弃后易于再生循环.材料及技术本身要具备环境协调性，这是区别于传统材料观念而增加的概念.•舒适性：使活动范围中的人类生活环境更加繁荣、舒适，人们很乐于接受和使用.3、从手段、目标和要求角度阐述环境材料的研究内容4、从基础研究、应用研究和评价系统层次阐述环境材料的具体研究内容（1）基础研究：材料的开发、应用、再生过程与生态环境相互作用和相互制约的关系的理论研究.a. 人类的材料需求活动引起的生态环境的变化及规律；b. 环境恶化对人类生存所需材料的质量和数量的影响；c. 与环境协调并适应环境发展的材料开发、应用和再生理论；d. 低环境负担的合金理论，无机材料理论和高分子材料理论；e. 可循环性的材料自分解和分离理论；f. 材料再生循环难易程度的热力学和动力学（2）应用研究：a. 清洁的无污染的材料生产、加工和制造技术基础b. 具有最低环境负担的材料工程新技术和新工艺c. 可循环性的功能材料或结构材料的分解和分离技术基础d. 废弃材料的综合再生技术基础e. 现用材料中有害元素的替代技术f. 自然资源中枯竭性金属元素的替代技术（3）评价系统：包括使用性能和环境性能两方面的评价.a. 生态环境与材料相互作用的度量标准和基准b. 现用材料的合理性评价c. 人类活动废弃的可再生资源的核算体系d. 各种材料的环境负担的基础数据库e. “绿色标志”材料的论述体系、方法及其标准f. 自然资源的容量评价和环境容量的评价5、研究环境材料的意义.第二章环境材料与可持续发展1、可持续发展定义及可持续发展理性设计的具体表现（1）定义：可持续发展是指既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需求能力构成危害的发展，是人口、经济、社会、资源、环境和生态系统相互协调的发展.可持续发展包括了两个概念：可持续性和发展.可持续发展的核心是发展，但要求在保持资源和环境永续利用的前提下实现经济和社会的发展. （2）就理性设计而言，可持续发展具体表现在：工业应当是高产低耗，能源应当被清洁利用，粮食需要保障长期供给，人口与资源应当保持相对平衡等许多方面.2、列举地球环境问题（具体内容不要求）最新环境材料学期末复习题及参考答案臭氧层的破坏酸雨的形成温室效应与气候变化水资源的污染热带雨林破坏辐射污染生物多样性减少土地荒漠化 大气污染3、 最新环境材料学期末复习题及参考答案（1）材料流(materials flow)又称物质流(mass flow)，也称材料链(substance chain)，材料流也可以说是材料背负的生态负荷或生态包袱.材料流理论是指用数学物理方法对在工业生产过程中按照一定的生产工艺所投入的原材料的流动方向和数量大小的一种定量分析理论.材料流理论是一种方法学，主要用于研究、评价工业生产过程中所投入的原材料的资源效率，找出提高资源效率的途径.因此，材料流理论是研究资源效率的一种有效工具.（2）A 、四倍因子理论(factor 4)是德国von Weizsaecker 教授于20世纪90年代初首先提出来的.按1995年的数据，占全世界总人口20％的富人，每年消耗全世界82.7％的能源和资源.而其他80％的人每年消耗的能源和资源仅占世界总消耗量的17.3％.为了既保持已有的高质量的生活，又努力消除贫富之间的差异.Weizsaecker 根据计算得出，若能采取技术措施，将现有的资源和能源效率提高四倍，就有可能达到上述的目标.这就是四倍因子理论提出的依据.因此，最初建立的四倍因子理论主要是针对消除社会的贫富悬殊，实现各国间健康、和平发展的一种技术目标.经过努力和发展，Weizsaecker 将四倍因子理论科学化了.1995年，其专著《四倍因子：半份消耗，倍数产出》出版以后，使该理论有了明确的科学含义.其意思是指在经济活动和生产过程中，通过采取各种技术措施，将能源消耗、资源消耗降低一半，同时将生产效率提高一倍.由此，在同样能源消耗和资源消耗的水平上，得到了四倍的产出.如式(2－1)所示P 2R 4I 0.5=== (2－1)式中：R 表示资源效率；P 表示产品产出量；I 表示原材料、能源投入量.四倍因子理论的提出，得到了世界上许多政治家、经济学家、社会学家、生态学家、环境科学家以及许多其他学者的赞同.四倍因子理论对有效利用资源、改善生态环境、实现社会和经济的可持续发展具有战略性的意义，也为我国提高生产效率和减少环境污染提供了一条可行的路子.即从资源效率角度减少原材料消耗、增加产品的有效产出；从环境保护角度减少了污染物的排放，治标又治本.B 、十倍因子理论(factor 10)是由德国Schmidt-Bleek 于1994年率先提出的.与四倍因子理论类似，十倍因子理论的核心是：必须继续减小全球的材料流量，在一代人之内将资源效率提高十倍，才能使发达国家保持现有的生活质量，逐步缩小国与国之间的贫富差距，且可以让子孙后代能够在这个星球继续生存.他认为，通过采取技术措施，在二三十年内若能将现有的资源和能源效率提高十倍，达到上述目标是有可能的. 十倍因子的概念与环境保护是直接相关的.Schmidt-Bleek 教授用一个方程式将环境影响、人口和一个国家的国内生产总值关联起来，见式(2－2).他推测，到2050年地球上的人口将在现在的基数上增加1倍，即P 等于2；同时，世界各国的国内生产总值(GDP)届时将增长3~6倍，取平均值为5，则二者之积为10.由此，对环境的影响将增加10倍.为了保持现有的生态环境水平，必须通过提高资源效率来平衡和补偿对环境的破坏.因此，我们必须将资源效率和能源效率提高10倍，才有可能真正实现社会、经济的可持续发展. GDP I I P P GDP =⨯⨯ (2－2)式中：I 表示环境影响；P 表示人口；GDP 表示国内生产总值.第三章 资源的环境特征1、名词解释：资源、可耗竭资源、可更新资源、能源、资源的直接消耗、资源的间接消耗 资源：指人类可以从自然界获得并用于生产和生活的物质，是自然环境的重要组成部分，故通常又称为自然资源.可耗竭资源：在任何对人类有意义的时间范围内，资源质量保持不变，资源蕴藏量不再增加的资源.可更新资源：能够通过自然力以某一增长率保持或增加蕴藏量的自然资源，例如太阳能、大气、森林、鱼类、农作物以及各种野生动植物等.能源：亦称能量资源或能源资源，是指提供可用能量的资源，一类是比较集中且容易转化的含能物质，称含能体燃料（燃料能源），如煤炭、石油、天然气、沼气、氢等；另一类是可以利用的能量过程（非燃料能源），如太阳辐射、风力，潮汐等.资源的直接消耗：指将资源直接用于材料的生产和使用.资源的间接消耗：指在材料的运输、储藏、包装、管理、流通、人工、环境迁移等环节造成的资源消耗.2、分析自然资源的详细分类组成并举例说明为研究自然资源对材料生产的影响，将自然资源分为可耗竭资源和可更新资源（可再生资源）两大类.(1)可耗竭资源在任何对人类有意义的时间范围内，资源质量保持不变，资源蕴藏量不再增加的资源.又可分为可回收和不可回收两类.(a)可回收的可耗竭资源资源产品的效用丧失后，大部分物质还能够回收利用的可耗竭资源是可回收的可耗竭资源.这类资源主要指金属等矿产资源，例如汽车报废后，汽车上的废铁可以回收利用.(b)不可回收的可耗竭资源使用过程不可逆，且使用之后不能恢复原状的可耗竭资源是不可回收的可耗竭资源.主要指煤、石油、天然气等能源资源，这类资源被使用后就被消耗掉了.例如煤，一旦燃烧变成了热能，热量便消散到大气中，变得不可恢复了.(2)可更新资源能够通过自然力以某一增长率保持或增加蕴藏量的自然资源是可更新资源.例如太阳能、大气、森林、鱼类、农作物以及各种野生动植物等.根据财产权是否明确，可更新资源可以分为可更新商品性资源和可更新公共物品资源.(a)可更新商品性资源财产权可以确定，能够被私人所有和享用，并能在市场上进行交易的可更新资源是可更新商品性资源.例如，私人土地上的农作物、森林等.(b)可更新公共物品资源不为任何特定的个人所有，但是却能为任何人所享用的可更新资源是可更新公共物品资源.如公海鱼类资源、物种、空气等.3、了解自然界中三个重要的物质循环并能详述碳元素和氮元素的循环过程.自然界内处于千变万化中的物质欲维持质量——能量守恒，只有通过物质的循环来实现.自然界中三个重要的物质循环：碳循环、氮循环、氧循环(1)碳循环：在自然环境内，碳的循环主要是通过二氧化碳来进行的.由动物呼吸或矿物燃料的燃烧生成二氧化碳并放出热量.在生物圈中二氧化碳的循环（亦构成氧循环的一部分）主要表现在光合反应中.反应：6CO2+6H2O+2822J→C6H12O6+6O2碳循环始于CO2经绿色植物光合作用固定，以各种碳化物的形式储存，经过营养级的传递、分解，有一部分经过动植物的呼吸作用及动植物尸残体的分解转变为CO2，回归到大气中去，另一部分转入土壤或地下深层，经过漫长的演化转变成矿物.矿物燃料的燃烧排放CO2到大气中.(2)氮循环：在生物圈中氮的循环基本模式是植物吸收N2经生物固氮作用形成的硝酸盐、亚硝酸盐、和氨而生成氨基酸，进而合成蛋白质和核酸，并和其他化合物进一步合成为植物有机体.除生物固氮以外，闪电和宇宙射线也能使氮被氧化成硝酸盐.食物链中成员的分解产物、排泄物在细菌的作用下转变成氨，亚硝化细菌把氨转化为亚硝酸盐，硝化细菌又进一步将亚硝酸盐转化为硝酸盐，在循环的末端，反硝化细菌把硝酸盐转变为分子态氮，又重新返回大气.在自然界中，氮的化合物倾向于还原状态，常常存在于和氢化合的物质中，而较少存在于氧化状态.4、掌握能源的分类并能举例说明能源是指提供可用能量的资源，其种类繁多，一类是比较集中且容易转化的含能物质，称含能体燃料（燃料能源），如煤炭、石油、天然气、沼气、氢等；另一类是可以利用的能量过程（非燃料能源），如太阳辐射、风力，潮汐等.5、简述人类对能源利用认识的四个阶段人类对能源利用的认识，分为以下四个阶段：（1）在较低水平上的可持续使用阶段.在人类进入工业化时代以前，能源的消耗还比较少，尽管也存在局部的能源短缺和环境破坏，但总体上不存在全球性的环境问题.（2）能源，毫不节制的消耗阶段.工业革命之后，人类对能源的开发和利用有了巨大的变化，原始森林的急剧减少、大规模开发利用煤炭以及低廉的石油有力地支持了二战之后一大批老牌工业化国家的复兴和一大批新兴工业化国家的兴起.这一时期人类对能源的开发和利用可以说是掠夺性的，给全球生态环境造成了无可挽回的损害.（3）珍惜使用即将枯竭的能源资源阶段.1973年和1979年两次石油危机，导致了世界性的经济危机，人类突然意识到矿物燃料总会有枯竭的那一天.西方国家开始节省能源、提高能效并积极寻求替代能源.（4）即使能源资源不会枯竭，环境容量也要求人类对自己的能源消费行为加以限制阶段.人们对气候变化的不断关注，从而意识到能源与环境协调发展的重要性.如果人类不对毫无节制的能源消费行为加以控制，环境容量将先于能源资源而枯竭.因此，对能源的利用应该首先限制在环境容量允许的范围之内，否则发展难以为继.第四章材料的环境负荷1、名词解释：环境负荷所谓环境负荷是指某一具体材料在其生产、使用、消费或再生过程中耗用的自然资源数量和能源数量，以及其向环境体系排放的各种废弃物，例如气态、固态和液态废弃物之总量.2、简述环境负荷的评价内容任何材料在其生产中，例如采矿、冶炼、加工成型等均涉及能源的消耗.对于高分子材料和无机材料也是如此.没有能耗就不可能制备材料.而材料产业是能源的主要消耗者，其能耗约占工业总能耗的30%～40%.材料的生产过程涉及大量的资源消耗.这种资源包括两大类.一类是主原料，例如生产碳钢时的铁矿石.另一类是辅料，例如碳钢生产过程中的脱氧剂、脱硫剂、铁合金等.材料的环境负荷的另一个因子是材料寿命周期中向环境的排放物.它包括污染物和废弃物两大部分.通常将排放物按其存在的物理特征分为大气物质、水体物质、固体物质及能量形式4种类型.3、污染物主要包括哪三大类？(气体、水体、固体)列举每类污染物的组成及它们的来源和危害.污染物主要包括气体、水体和固体污染物.（1）气体污染物由于人类活动排放的污染物进入大气所产生的不利于动植物及设施的状况称为大气污染，混入大气的各种有害成分称为大气污染物.使空气受到污染的物质有两大类：一是气体污染物，主要是二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化物、臭氧5种气体污染物；二是固体或液体颗粒物，悬浮在空气中形成气溶胶，主要是粉尘、烟雾、烟、雾.大气污染物的形成可以分为自然源和人工源两类.自然源主要有火山爆发、森林火灾、土壤风化等，一般造成二氧也硫、一氧化碳及沙尘等污染.人工污染源主要是由工业、交通运输以及居民生活等几方面的活动造成的.大气污染的危害主要影响人类和动物的健康，使植物变质并枯萎，以及引起工业和生活设施老化和腐蚀破坏，影响使用年限.（2）水体污染物水体污染物的组成：悬浮固体物质、无机污染物、重金属污染物、耗氧有机物.水体污染物的形成主要有两个来源：一是生活废水，一般来自居民住宅、医院、学校、商业等生活活动；二是工业废水，主要是由工业生产中一些有害物如重金属有机物、酸碱盐、油、放射性废水等混入工业用水造成的.水体受到污染，不仅妨碍了工农业生产，影响水生生态系统，还直接或间接地危害人体的健康.尤其是重金属元素以可溶离子状态溶解在水中，通过人体吸收，会造成严重的病变，如金属镉离子污染会引起人体的骨痛病；汞中毒可以使人中枢神经失灵，并造成永久性病变；铬、锑及其化合物具有致癌作用. （3）固体污染物固体污染物组成：在生产活动及其他活动过程中产生的对环境造成的变质现象的各种固态半固态和高浓度液态废弃物.固体污染物的来源可分为工业、矿业、城市和放射性废弃物等.工业废弃物主要有冶金钢渣、煤灰、硫铁矿渣、碱渣、含油污泥、木屑以及各种机械加工产生的固体边角料等；矿业废弃物主要来自采、选矿过程中废弃的尾矿；城市固体废弃物主要有生活垃圾、城建渣土以及商业固态废弃物等；放射性废弃物主要有核电站运行排放的废弃核燃料及旧的核电设备等.固体污染物的主要危害形式有侵占土地、污染土壤、污染水体、污染大气、影响环境卫生等.由固体废弃物造成的危害中，最为严重的是危险废物的污染.易燃、易爆、腐蚀性、剧毒性和放射性固体废弃物既易造成即时性危害，又易产生持续性危害.第5章环境材料评价方法的研究1、阐述LCA基本框架的组成及内容LCA基本框架由研究目标及范围、编目分析、环境影响评估、环境改善评估四部分组成.研究目标及范围确定LCA的目的及边界条件; 编目分析确定寿命周期内各阶段资源、能源消耗数据及污染物排放数量；环境影响评估根据编目分析得到的数据对寿命周期的环境综合影响作出评估；环境改善评估则根据寿命期各阶段环境负担确定可能的改善途径.2、产品清单数据的组成，何为产品的社会数据？何为产品的企业数据?清单分析是针对产品生命周期的各个阶段列出其资源、能源消耗以及各种废料排放的清单数据.产品的清单数据分为产品的社会数据和产品的企业数据两大类.产品的社会数据是指来自于社会的原材料和商品能源所携带的清单数据，以及产品出厂后通过社会流通领域，进入消费、使用阶段直至废弃后处置这些阶段所包括的清单数据.产品的企业数据则是表征企业将购进的原材料加工制作成产品过程中涉及的消耗和排放状况.这两类数据的获取是和清单分析前一步的操作——目标界定相联系的.第8章材料和物质的再生循环1、名词解释：超级通用合金、简单合金超级通用合金：超级通用合金即是合金种类最少，而且能满足多种用途要求的标准体系合金.简单合金：使合金规格简单化，容易分选；原则上不添加现在尚不能精练脱除的元素.2、简述钢铁资源再生循环的综合性解决对策在废铁的回收过程中分选、分离工程使十分重要的，其原因在于避免其它材料和杂质混入其中.这符合高质量的原料才能生产高质量产品的原则.为了将废钢铁置于庞大的钢铁材料流向中予以妥善处理，必须采取如下综合性的解决对策：（1）含有不能除去元素的废钢铁精炼制钢工艺开发；（2）杂质无害化技术的开发；（3）确立通过材料设计可以实现再生循环的材料体系.3、简述塑料再生技术的分类及其基本思想塑料再生技术，如果将分选技术、清洗方法等处理技术除外，大致可以分为两类：一类是回收使用过的塑料再作为原材料应用；另一类是分解成塑料的初始原料即单体，重新合成新的塑料，即材料再生循环与化学再生循环.基本思想：将石油等为原料所合成的塑料在其功能丧失之前，多次进行使用.4、举例说明废铝再生的单项技术①涡流分选装置将物体放在变化磁场中，则导体中产生感应电流.此感应电流所产生的磁场与外部磁场相互作用，又会在物体中产生电涡流，由于它们之间的相互作用使物体沿前进方向弹射出去，其弹射的程度随物质的电导率而变化，从而可将金属分离开来.现在已实用化的此类装置主要用于铝和非金属的分离.②回转熔化炉将金属混合废料投入形状像回转窑那样的回转炉内，利用金属的熔点不同分离分选金属.其是通过外部间接加热的方式，严格控制炉温，使锌等低熔点的金属溶液从靠近窑罐处流出并回收，而铁等高熔点金属则从端部以固体形式排出，采用这种方法可将不同的金属分开.③浮选法即用密度的差异进行金属或非金属的分离，使硅铁粉末等悬浮于水溶液中制备悬浮液（密度2-3g/ml），将混合废料投入到该悬浮液中.这样一来，悬浮液中密度低的金属要浮至表面，而密度高的金属则会下沉.通过这种方法可进行金属的分离和分选.悬浮液的制作除了硅铁粉之外，还可采用氯化钙等盐的水溶液.5、了解干电池综合回收利用的方法分类（1）湿法冶金处理：废干电池的湿法冶金回收基于Zn、MnO2等可溶于酸的原理，使锌—锰干电池中的Zn、MnO2与酸作用生成可溶性盐而进入溶液，溶液经净化后电解生产金属锌和电解二氧化锰，或生产化工产品（如立德粉、氧化锌）、化肥等.分为：焙烧浸出法和直接浸出法（2）火法冶金处理：即在高温下使废干电池中的金属及其化合物氧化、还原、分解和挥发及冷凝的过程.分为：常压冶金法和真空冶金法第九章环境材料与材料的长寿命化1.名词解释：金属材料高温蠕变现象、省合金化高温蠕变现象：蠕变是在高温条件下，材料在一定的外力作用下会随时间的推移慢慢地产生变形，直至最后发生断裂的一种现象.省合金化：即只添加为了发挥基体蠕变强度所需的、最低限度的合金元素.2、列举长寿命高温结构陶瓷材料机械性能影响因素(具体内容不要求)（1）抗氧化性（2）晶界滑移和气孔（3）断裂韧性.3.陶瓷涂层复合技术的优点及具体应用举例陶瓷材料的复合技术（陶瓷涂层):耐热性能优异，如在燃煤锅炉和加压沸腾层锅炉的传热管陶瓷涂层以及喷气式发动机的隔热涂层.第十章环境材料分类1、木材结构组成与成分组成从结构上看，木材主要由管状细胞结构和软组织构成；从成分上看，木材主要成分是纤维素、半纤维素和木质索组成.2、木材典型环境特性列举（到时候按试卷选择答题）木材的一些典型环境特性，如木材的再生性、固碳作用、调湿性，以及与人类有关的视觉特性和触觉特性等.（1）再生性作为环境保护的一个重要内容，废弃物的再生利用是提高资源利用率、减少污染物排放的有效途径.与不可再生的矿产资源相比，木材的可再生性是矿产资源不可比拟的，符合人类社会可持续发展的战略构想.世界上作为可利用的木材资源已发生重要变化，人工林资源正在替代天然林资源.从生物多样性和原材料资源的角度考虑，人工林木材作为环境友好型材料的优势更大.通过对人工林的品种、生长方式等定向培育，缩短木材的成熟期，易于工业化利用，并可以在一定程度上实现永久利用.所以，在某种意义上，木材是一种最早的、最标准的环境材料.(2) 固碳作用木材中的C，H，O，N等元素的来源各不相同，以占其中50％的C元素而论，它主要来源于大气中的二氧化碳.早期的树木研究就已表明，二氧化碳浓度的增加对植物有“施肥效应”，这非常有利于生物圈对大气中二氧化碳的吸收.通过光合作用，每生长1t木材可吸收1.47t二氧化碳，产生1.07t氧气，将碳元素固定在树木中形成纤维材料.这种固碳作用和造氧机能是其他材料所不能比拟的，对地球生物圈的生态平衡有着重要的作用.(3) 木材的调湿性材料的调湿特性是指靠材料自身的吸湿或解吸作用，直接缓和环境的湿度变化，使湿度稳定在一定范围内.调湿性是木材的独特性能之一，也是其广泛作为室内装饰材料和家具材料的优点所在，对人体健康和物品保存提供了一种环境调节作用.(4) 木材的视觉特性自古以来，木材就以它特有的质、纹、色、味等特性受到人们的珍爱，有木材存在的空间会使人们在学习、工作和生活中感到舒适和温馨.从木材与人类和环境有关的主要环境学特性上，我们可以看到木材是改善人类生活质量的重要材料，在居住条件以至生活环境中起着重要的作用.木材的视觉特性一般以木材的颜色、光泽、纹理、树节疤痕等来表示.(5) 木材的触觉特性。